同源重组的分子机制
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个亲本环、大的单体环或者是滚环结构，也可以形成 “χ” 结构。
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
2
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片； 2、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联 的基因转变的发生；
发生重组；
②发生基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生
于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达90%； 基因转变的实质：重组过程中留下的局部异源双
链区，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产
生的结果；
哈工大-遗传学 第六章 同源重组的分子机制
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
左右切 异源双链区 D/d A A a a G A C T D/d B B b b
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
修复校正：若一个杂种分子被校正为野生型(突变型)， 另一个未被校正
修复校正：若一个杂种分子被校正为野生型，另一个未被校正
+/+ +/g +/g g/g + + + + + g g g + + + + g + g g + + g + + + g g + + + g + + g g
Meselson-Radding模型
1975年Meselson Radding提出；
哈工大-遗传学 同源重组的分子机制
1
2.
断裂重接模型
3. 1．
4. 2.
模板选择复制 模型
3.
4.
哈工大-遗传学
图 23-3 断裂重接模型和模板选择复制模型的比较
第四章 同源重组的分子机制
断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题
断裂重接模型：不能解释基因转变和极化子现象； 模板选择复制模型： (1) 违背了半保留复制； (2) DNA复制在S期，重组在偶线期，不应同时发生； (3)不能解释3线和4线交换；
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
二、Holliday模型
依据：基因转变
证据：细菌重组chi结构
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
上下切 异源双链区 D/d A A a a G A T C D/d b b B B
A
A a
G A
B B
A A
G A
b b
C T
b b
a a
T C
B B
a
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
Holliday 模型中，由于重组而产生的异源双链区存在 不配对碱基，可被细胞内的修复系统能够识别并以一条链 为模板进行切除修复： (1). 两个杂种分子均未得到校正，有丝分裂后分离形成4:4 或 3:1:1:3的异常孢子分离比，属于半染色单体转变； (2). 一个杂种分子得到校正，另一条未校正，有丝分裂后 分离形成 5:3 或 3:5 的分离比，属于半染色单体转变；
极化子：距离单链断裂点的位置越近越容易发生基因
转变，越远越不易发生转变，由此基因转变频率由高
到低形成一个梯度，染色体上呈现基因转变极化现象
的区域称为极化子； 转变频率
单链断裂点
m1 m2
哈工大-遗传学
m3
m4
m5
第六章 同源重组的分子机制
(一)、过程
1. 同源的非姐妹染色单体联会;
1
6
2 2. DNA内切酶在非姐妹染色单 无论 Holliday 结构断裂是否导致旁侧遗传标 体的相同位置同时切开两个 旋转1800 3 方向相同的一条单链； 记的重组，它们都含有一个异源双链区。
3. 切开的单链交换重接;
4. 形成交联桥结构； 5. 分支迁移：形成一大段异源 双链DNA(Holliday结构) 6. 绕交联桥旋转1800，形成 Holliday异构体； 7. 切开与重接： 左右切，形成非重组体 上下切，形成重组体。
4 5 7
支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片；
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
Holliday模型同样适用于环状DNA间的重组 两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成“8”字
型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两
哈工大-遗传学 第六章 同源重组的分子机制
共转变：子囊中几个相近位点同时发生转换的现象；
m1 + m1 + + m2 + m2
未转变
m1 + + + + m2 + m2
单转变
m1 + m1 + m1 + + m2
共转变
m1 + + m2 + m2 + m2
共转变
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
(3). 两个杂种分子都被校正到同一种类型，有丝分裂后分 离形成 6:2或2:6 的分离比，属于染色单体转变；
(4). 两个杂种分子都被校正到不同类型，有丝分裂后分离 形成 4:4 分离比，未出现基因转变；
哈工大-遗传学 第六章 同源重组的分子机制
三、Meselson – Radding模型
Holliday 模型中为对称的杂合双链，而实际情况有 不均等分离现象，1975年Meselson-Radding 提出模型解 释这种不对称重组现象；
＞＞
三型子囊
四型子囊
修复校正：若一个杂种分子被校正为突变型，另一个未被校正
+/+ +/g +/g g/g + + + g g g g g + + g + g g g g + + g g + g g g + + g g g + g g
＞＞
三型子囊
四型子囊
Meselson-Radding 模型
困难
对称的异源双链区 非对称的异源双链区
四分子分析
非顺序四分子遗传分析
两个基因作图原理与方法
相关概念：四分子、顺序四分子、第一次分裂分离(MI模式)、
第二次分裂分离(MII模式)、子囊型(PD、NPD和T)
第六章 同源重组的分子机制
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
一、概念
同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会，重组过
程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。
④
pdx +
2 3
4
哈工大-遗传学
+
+
pdx +
+
+ pdxp
pdx +
?
+ +
+ pdx
pdxp +
+
+ pdxp +
pdx
+
+
pdxp pdx
第六章 同源重组的分子机制
+ +
+ + -
+ +
+ + + -
- + - + - + - + 基因转变 - +(gene conversion) - - ：一个基因转变为它的等位基 + + + + + + 因的遗传学现象（源于基因内重组）。 + + + + + + + + + + + + -
例：同源染色体非姐妹单体交换；
细菌的转化、转导、接合；
噬菌体的重组…
条件：2个DNA分子序列同源；
不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；
哈工大-遗传学 同源重组的分子机制
解释同源重组分子机制的模型：
断裂和重接模型 1937年，Darlington提出； 模板选择复制模型（copy choice ） Belling J.首先提出，1933年又撤回； 1948年，Hershey再次提出； 霍利迪(Holliday)模型 1964年Robin Holliday提出；
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
(二)、基因转变及其分子机理
1、异常分离与基因转变
粗糙脉孢菌：
pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 pdx： 酸度不敏感的VB6依赖型
哈工大-遗Baidu Nhomakorabea学
第六章 同源重组的分子机制
+ pdxp
×
pdx +
585个子囊中
子囊 孢子对
①
1 + pdxp pdx
②
③
+ + +
上一课重点内容回顾
• 连锁与交换规律
两点测交 三点测交 **相关概念：交换值、重组率、遗传干涉、并发系数、 染色单体干涉等
• 四分子遗传分析
着丝粒作图
两个连锁基因作图
**相关概念：顺序四分子、第一次分裂分离（MI模式）、
第二次分裂分离（MII模式）等
上一课重点内容回顾
着丝粒作图原理与方法 顺序四分子遗传分析
染色单体转变粪生粪壳菌(Olive): 半染色单体转变 g+ × g -
+ + + + +
+ + + -
+ + + + +
+ + ? -
+ + + +
+ ? ? -
+ 6:2 (或 2:6)
120/200000
5:3 (或 3:5)
100/200000
3:1:1:3
16/200000
2、基因转变的分子机制 ①在5：3和6：2分离的子囊中，约有30%也在g基因两侧
(五) 基因转变与高度负干涉
负干涉：两个邻近基因，或者是同一基因不同突变点间，
双交换的频率比预期高，并发系数C>1，即一个区域
的交换引起邻近区域交换的增加； 局部负干涉：有些噬菌体、细菌或真菌的某些局部位点 明显的出现负干涉的现象；
基因转变时的高度负干涉：伴随重组的基因转换常常能
模仿双交换的结果，仿佛是一次交换增加了附近基因交 换的几率；
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
2
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片； 2、异源双链形成时，产生碱基错配导致与重组相关联 的基因转变的发生；
发生重组；
②发生基因转变的子囊中，基因转变和遗传重组都发生
于同样的两个染色单体上的子囊的比例高达90%； 基因转变的实质：重组过程中留下的局部异源双
链区，在细胞内的修复系统识别下不同的修复产
生的结果；
哈工大-遗传学 第六章 同源重组的分子机制
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
左右切 异源双链区 D/d A A a a G A C T D/d B B b b
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第六章 同源重组的分子机制
修复校正：若一个杂种分子被校正为野生型(突变型)， 另一个未被校正
修复校正：若一个杂种分子被校正为野生型，另一个未被校正
+/+ +/g +/g g/g + + + + + g g g + + + + g + g g + + g + + + g g + + + g + + g g
Meselson-Radding模型
1975年Meselson Radding提出；
哈工大-遗传学 同源重组的分子机制
1
2.
断裂重接模型
3. 1．
4. 2.
模板选择复制 模型
3.
4.
哈工大-遗传学
图 23-3 断裂重接模型和模板选择复制模型的比较
第四章 同源重组的分子机制
断裂重接模型和模板选择复制模型存在的问题
断裂重接模型：不能解释基因转变和极化子现象； 模板选择复制模型： (1) 违背了半保留复制； (2) DNA复制在S期，重组在偶线期，不应同时发生； (3)不能解释3线和4线交换；
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
二、Holliday模型
依据：基因转变
证据：细菌重组chi结构
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
上下切 异源双链区 D/d A A a a G A T C D/d b b B B
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第六章 同源重组的分子机制
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第六章 同源重组的分子机制
Holliday 模型中，由于重组而产生的异源双链区存在 不配对碱基，可被细胞内的修复系统能够识别并以一条链 为模板进行切除修复： (1). 两个杂种分子均未得到校正，有丝分裂后分离形成4:4 或 3:1:1:3的异常孢子分离比，属于半染色单体转变； (2). 一个杂种分子得到校正，另一条未校正，有丝分裂后 分离形成 5:3 或 3:5 的分离比，属于半染色单体转变；
极化子：距离单链断裂点的位置越近越容易发生基因
转变，越远越不易发生转变，由此基因转变频率由高
到低形成一个梯度，染色体上呈现基因转变极化现象
的区域称为极化子； 转变频率
单链断裂点
m1 m2
哈工大-遗传学
m3
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第六章 同源重组的分子机制
(一)、过程
1. 同源的非姐妹染色单体联会;
1
6
2 2. DNA内切酶在非姐妹染色单 无论 Holliday 结构断裂是否导致旁侧遗传标 体的相同位置同时切开两个 旋转1800 3 方向相同的一条单链； 记的重组，它们都含有一个异源双链区。
3. 切开的单链交换重接;
4. 形成交联桥结构； 5. 分支迁移：形成一大段异源 双链DNA(Holliday结构) 6. 绕交联桥旋转1800，形成 Holliday异构体； 7. 切开与重接： 左右切，形成非重组体 上下切，形成重组体。
4 5 7
支持Holliday遗传重组模型的证据： 1、形态学上，Holliday中间体(Chi 结构)的电镜照片；
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
Holliday模型同样适用于环状DNA间的重组 两个环状DNA分子配对、断裂、重接形成“8”字
型结构中间物，根据切割的位置不同，可分别形成两
哈工大-遗传学 第六章 同源重组的分子机制
共转变：子囊中几个相近位点同时发生转换的现象；
m1 + m1 + + m2 + m2
未转变
m1 + + + + m2 + m2
单转变
m1 + m1 + m1 + + m2
共转变
m1 + + m2 + m2 + m2
共转变
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第六章 同源重组的分子机制
(3). 两个杂种分子都被校正到同一种类型，有丝分裂后分 离形成 6:2或2:6 的分离比，属于染色单体转变；
(4). 两个杂种分子都被校正到不同类型，有丝分裂后分离 形成 4:4 分离比，未出现基因转变；
哈工大-遗传学 第六章 同源重组的分子机制
三、Meselson – Radding模型
Holliday 模型中为对称的杂合双链，而实际情况有 不均等分离现象，1975年Meselson-Radding 提出模型解 释这种不对称重组现象；
＞＞
三型子囊
四型子囊
修复校正：若一个杂种分子被校正为突变型，另一个未被校正
+/+ +/g +/g g/g + + + g g g g g + + g + g g g g + + g g + g g g + + g g g + g g
＞＞
三型子囊
四型子囊
Meselson-Radding 模型
困难
对称的异源双链区 非对称的异源双链区
四分子分析
非顺序四分子遗传分析
两个基因作图原理与方法
相关概念：四分子、顺序四分子、第一次分裂分离(MI模式)、
第二次分裂分离(MII模式)、子囊型(PD、NPD和T)
第六章 同源重组的分子机制
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
一、概念
同源重组：依赖大范围的DNA同源序列的联会，重组过
程中，两个染色体或DNA分子交换对等的部分。
④
pdx +
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哈工大-遗传学
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pdx +
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第六章 同源重组的分子机制
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例：同源染色体非姐妹单体交换；
细菌的转化、转导、接合；
噬菌体的重组…
条件：2个DNA分子序列同源；
不同物种同源重组所需的最小的同源序列不同；
哈工大-遗传学 同源重组的分子机制
解释同源重组分子机制的模型：
断裂和重接模型 1937年，Darlington提出； 模板选择复制模型（copy choice ） Belling J.首先提出，1933年又撤回； 1948年，Hershey再次提出； 霍利迪(Holliday)模型 1964年Robin Holliday提出；
哈工大-遗传学
第六章 同源重组的分子机制
(二)、基因转变及其分子机理
1、异常分离与基因转变
粗糙脉孢菌：
pdxp：酸度敏感的VB6依赖型 pdx： 酸度不敏感的VB6依赖型
哈工大-遗Baidu Nhomakorabea学
第六章 同源重组的分子机制
+ pdxp
×
pdx +
585个子囊中
子囊 孢子对
①
1 + pdxp pdx
②
③
+ + +
上一课重点内容回顾
• 连锁与交换规律
两点测交 三点测交 **相关概念：交换值、重组率、遗传干涉、并发系数、 染色单体干涉等
• 四分子遗传分析
着丝粒作图
两个连锁基因作图
**相关概念：顺序四分子、第一次分裂分离（MI模式）、
第二次分裂分离（MII模式）等
上一课重点内容回顾
着丝粒作图原理与方法 顺序四分子遗传分析
染色单体转变粪生粪壳菌(Olive): 半染色单体转变 g+ × g -
+ + + + +
+ + + -
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+ + ? -
+ + + +
+ ? ? -
+ 6:2 (或 2:6)
120/200000
5:3 (或 3:5)
100/200000
3:1:1:3
16/200000
2、基因转变的分子机制 ①在5：3和6：2分离的子囊中，约有30%也在g基因两侧
(五) 基因转变与高度负干涉
负干涉：两个邻近基因，或者是同一基因不同突变点间，
双交换的频率比预期高，并发系数C>1，即一个区域
的交换引起邻近区域交换的增加； 局部负干涉：有些噬菌体、细菌或真菌的某些局部位点 明显的出现负干涉的现象；
基因转变时的高度负干涉：伴随重组的基因转换常常能
模仿双交换的结果，仿佛是一次交换增加了附近基因交 换的几率；